基于双转子电机驱动的AMT换挡装置研究

摘要

电控机械式自动变速器(AMT)是在传统手动变速箱的基础上改进而来，具有传动效率高、结构简单等特点。近年来，随着电机技术的发展，复合电机也慢慢应用到各领域。换挡执行器的设计和控制作为AMT的关键技术，其动态响应的优劣直接影响车辆起步以及整个系统的可靠性。
　　本文提出了一种基于双转子电机驱动的 AMT换挡装置。该装置集转动与直动功能为一体，结构紧凑，传动效率高。本文运用理论分析和仿真计算的方法对其中的关键技术进行研究，具体研究内容如下：
　　（1）分析选换挡过程中选换挡轴的受力特性。根据设计要求，提出两个电机分别驱动选挡机构和换挡机构和一个复合电机直接驱动换挡机构的两种方案。通过对两种结构方案对比分析，最终确定采用双转子电机驱动方案。其基本工作原理是通过螺母丝杆机构将内电机的旋转运动转化为选挡轴的直线运动进行选挡，外电机带动换挡轴转动进行摘挂挡。
　　（2）以试验测得换挡过程中换挡轴受力的最大值作为依据，对换挡执行装置和电机进行参数化设计，利用有限元软件对选换挡轴进行强度校核分析。引入等效磁路法对双转子电机内部电磁关系进行解耦研究，得出近似可将其看作两个独立的永磁同步电机进行单独控制的结论。
　　（3）建立电机的数学模型，确定电机采取id＝0的矢量控制方案。根据换挡控制系统的要求，提出换挡装置控制策略。其中，系统进行选挡时，选挡电机电流环采用PID控制、速度环和位置环采用滑模控制；系统进行摘挂挡时，为保证内、外电机转子同步，采取外电机为主动电机、内电机为从动电机的主从控制方法。
　　（4）根据换挡系统的控制策略，整定选挡系统和摘挂挡系统各环节的控制参数。并基于Simulink软件建立换挡装置系统模型，仿真结果验证了提出的基于双转子电机驱动AMT换挡装置的实用性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 AMT系统概述

1.3 AMT的研究现状及发展趋势

1.4 双转子电机研究现状

1.5 永磁同步电机控制系统发展现状

1.6 课题研究的主要内容

第2章 换挡系统方案研究

2.1 AMT选换挡过程

2.2 换挡过程中的力学分析

2.3 AMT选换挡系统的设计原则

2.4 选换挡系统参数要求

2.5 选换挡执行机构方案设计

2.6 方案评估

2.7 本章小结

第3章 双转子电机驱动装置设计与分析

3.1 选换挡执行机构的参数确定

3.2 双转子电机驱动装置数模装配

3.3 换挡轴分析

3.4 双转子电机磁路分析

3.5 永磁同步电机数学模型

3.6 本章小结

第4章 换挡系统控制方法研究

4.1 换挡控制系统的目标要求

4.2 PID控制方法

4.3 永磁同步电机矢量控制系统

4.4 滑模变控制方法

4.5 多电机同步控制方法

4.6 换挡系统控制策略制定

4.7 本章小结

第5章 选换挡控制系统建模与仿真

5.1 MATLAB/SIMULINK简介及电力系统模块

5.2 换挡系统仿真模型建立

5.3 选挡系统仿真研究

5.4 摘挂挡系统仿真研究

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢